WO2022201279A1

WO2022201279A1 - 半導電性部材、固定子コイルおよび回転電機

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Publication number: WO2022201279A1
Application number: PCT/JP2021/011847
Authority: WO
Inventors: 拓実安田; 貴裕馬渕
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JPWO2022201279A1; CN116982240A; JP7536178B2; US20240128820A1

Abstract

金属粒子２が分散混入された半導電性樹脂層１４ａ、１４ｂが繊維状絶縁基材４に配置された半導電性テープ１であって、金属粒子２が、含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高く、繊維状絶縁基材４の軟化点よりも低い溶融点を有する半導電性テープ１を固定子コイル６に用い、半導電性テープ１を用いた固定子コイル６を回転電機に備え、回転電機の運転時の発熱および放電などの影響により、熱硬化性樹脂が消耗し半導電性が損なわれてしまうことなどを抑制し、長期にわたって安定した耐コロナ性を発揮する。

Description

半導電性部材、固定子コイルおよび回転電機

　本願は、半導電性部材、固定子コイルおよび回転電機に関するものである。

　高出力型回転電機の固定子などに用いられる固定子コイルでは、鉄心と主絶縁層との微小空間で発生するコロナ放電を抑制するために、素線導体を束ねた導体部を覆う主絶縁層の更に外層に半導電性テープを巻回した半導電性層を配置している。この半導電性テープは、鉄心と主絶縁層の電位傾度を緩和することで、鉄心表面の微小空間に分担される電圧を低下させる役割を担う。上記半導電性テープは、カーボンブラックなどの導電性粒子を樹脂に添加した半導電性樹脂層をガラスクロスまたは不織布などの繊維状絶縁基材に配置することで製造されている。

　近年、回転電機の更なる小型化および高出力化に伴って運転中における電気的、熱的、機械的ストレスが増大する傾向にあるため、半導電性層を経時的に劣化させる。また、主絶縁層と半導電性層との界面に完全に空隙（ボイド）無しに製造することは困難であるため、そのボイドを起点に相応に高い部分放電が発生し、半導電性層の劣化を加速させ、鉄心と主絶縁層との空間で発生するコロナ放電を長期的に抑制することが困難になっている。

　そこで、導電性粒子に加えて層状粘度鉱物系粒子、酸化物系粒子、窒化物系粒子のうちから選ばれた少なくとも１種からなる無機粒子を樹脂に添加した半導電性樹脂層を繊維状絶縁基材に塗布した半導電性テープが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、導電性粒子に加えて非導電性ナノ粒子を高分子重合体に添加した混合剤を繊維状絶縁基材に配置した半導電体テープが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６―２４６５９９号公報（段落０００８、図１）国際特許ＷＯ２０１８／００２９７４号公報（段落００５０、図４）

　部分放電による劣化作用は、荷電粒子による衝撃作用、局所的な温度上昇による熱分解作用、放電により生成された活性化ガスによる化学作用に大別され、これらが相乗的に作用して劣化が進行する。今回、我々は、これらの中でも放電で生成されたオゾン（Ｏ_３）および原子状酸素（Ｏ）等の活性化ガスによる酸化作用の影響が極めて大きく、半導電性層の劣化の支配要因であるとの知見を新たに見出した。したがって、この点において、上記のような特許文献で開示されている半導電性テープでは、初期の耐コロナ性向上などは期待できるものの、有機物である樹脂および高分子重合体は、上記した部分放電で生成するオゾンおよび原子状酸素の酸化作用による劣化が早く、低分子の揮発性の生成物に分解してしまうため、初期の耐コロナ性を長期的に維持することが困難であるという問題があった。

　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、長期にわたって安定した耐コロナ性を発揮できる半導電性部材、固定子コイルおよび回転電機を提供することを目的とする。

　本願に開示される半導電性部材は、金属粒子が分散混入された半導電性樹脂層が繊維状絶縁基材に配置された半導電性部材であって、前記金属粒子は、熱硬化性樹脂が硬化する温度よりも高く、前記繊維状絶縁基材の軟化点よりも低い溶融点を有することを特徴とする。

　本願に開示される固定子コイルは、素線導体を束ねた導体部、前記導体部の外周にマイカ部材を巻回してなる絶縁層および前記絶縁層の外周に上記記載の半導電性部材を巻回してなる半導電性層とから形成された巻線と、前記巻線に含侵させた前記熱硬化性樹脂とを有することを特徴とする。

　本願に開示される回転電機は、上記記載の固定子コイルを備えることを特徴とする。

　本願によれば、長期にわたって安定した耐コロナ性を発揮できる半導電性部材、固定子コイルおよび回転電機を提供することが可能である。

実施の形態１に係る半導電性テープの構成を示す断面模式図である。実施の形態１に係る半導電性テープを用いた固定子コイルの構成を示す断面模式図である。実施の形態１に係る半導電性テープの他の構成を示す断面模式図である。実施の形態１に係る半導電性テープの他の構成を示す断面模式図である。実施の形態１に係る半導電性テープの製造工程を示すフローチャート図である。実施の形態１に係る半導電性テープの評価装置の構成を示す断面模式図である。

　実施の形態１．
　図１は、本願の実施の形態１に係る半導電性テープ１の構成を示す断面模式図である。図１に示すように、半導電性部材としての半導電性テープ１は、熱硬化性樹脂３ａ、３ｂ内に導電性粒子としての金属粒子２が分散混入された半導電性樹脂層１４ａ、１４ｂをそれぞれ繊維状絶縁基材４の両面に保持する。本実施の形態１に係る半導電性テープ１の特徴は、金属粒子２の溶融点が含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高く、繊維状絶縁基材４の軟化点よりも低い範囲である低融点金属粒子を用いることにある。この特徴により、部分放電に起因する局所的な温度上昇が発生するとボイド付近に存在する金属粒子が溶融して、ボイド内表面に沿って耐オゾン性を有する導電性を形成し、熱硬化性樹脂の耐コロナ性向上を図ることができる。

　図２は、実施の形態１に係る半導電性テープ１を用いた固定子コイル６の構成を示す断面模式図である。図２に示すように、固定子コイル６は、素線導体を束ねた導体部７と、導体部７の外周にマイカテープを巻回して形成される主絶縁層８と、主絶縁層８の外側に、半導電性テープ１を巻回して形成される半導電性層９と、から構成される巻線に対して、電気絶縁ワニスを用いて加圧含浸処理した後、熱硬化処理を施すことで製造される。図２に示す固定子コイル６は、モータなどの回転電機に適用される。また、本願の半導電性テープ１の適用例は、上記した回転機用固定子などにおける固定子コイルの半導電性層にのみ限られるものではなく、発電機用コイル、遮断器用ロッド、ケーブル被覆材料などの各種用途に使用することが可能である。

　なお、本実施の形態１に係る半導電性テープ１では、熱硬化性樹脂３内に金属粒子２が均一に分散された状態としたが、これに限るものではない。図３は、本願の実施の形態１に係る半導電性テープ１の他の構成を示す断面模式図であり、図２の領域Ａの拡大図である。図３に示すように、半導電性テープ１の他の構成として、主絶縁層８側に配置される半導電性樹脂層１４ｂでは熱硬化性樹脂３ｂに金属粒子２が局所的に偏在してもよい。この半導電性テープ１からなる半導電性層９は、主絶縁層８と半導電性層９の界面に存在するボイドを起点に発生する部分放電によって劣化するため、主絶縁層８に接して巻回する半導電性テープ１の半導電性樹脂層１４ｂでは主絶縁層８との界面側に金属粒子２が偏在して分散されている。この場合、主絶縁層と半導電層との界面に存在するボイド内部で放電が発生する際に、金属粒子２が溶融して近傍粒子と連結することが可能であり、より耐オゾン性を有する導電性を形成しやすくなり、熱硬化性樹脂の耐コロナ性向上を図ることができる。

　また、図４も、本願の実施の形態１に係る半導電性テープ１の他の構成を示す断面模式図であり、図２の領域Ａの拡大図である。図４に示すように、半導電性テープ１の他の構成として、金属粒子２が熱硬化性樹脂３ｃ内に分散混入された半導電性樹脂層１４ｃと、他の導電性粒子５が熱硬化性樹脂３ａ、３ｂ内に分散混入された半導電性樹脂層１４ａ、１４ｂとで構成された半導電性樹脂層を用いもよい。この半導電性テープ１からなる半導電性層９は、主絶縁層８と半導電性層９の界面に存在するボイドを起点に発生する部分放電によって劣化するため、主絶縁層８に接して巻回する半導電性テープ１の半導電性樹脂層では主絶縁層８との界面側の半導電性樹脂層１４ｃに金属粒子２が偏在して分散されている。この場合も、主絶縁層と半導電層との界面に存在するボイド内部で放電が発生する際に、金属粒子２が溶融して近傍粒子と連結することが可能であり、より耐オゾン性を有する導電性を形成しやすくなり、熱硬化性樹脂の耐コロナ性向上を図ることができる。

　上記いずれの半導電性テープにおいても、表面抵抗値は１００Ω以上、１００ｋΩ以下の範囲であることが望ましい。表面抵抗値が１００Ω未満であると、実機運転時に半導電性層表面で渦電流が発生するため好ましくない。

　　以下、本実施の形態１に係る半導電性テープ１を構成する各成分につて詳細に説明する。
＜金属粒子＞
　金属粒子２には、固定子コイルの製造工程において含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高く、繊維状絶縁基材４の軟化点よりも低い低融点金属粒子を用いる。これにより、部分放電に起因する局所的な温度上昇によって金属粒子２の溶融が可能となる。

　金属粒子２としては、例えば、Ｐｂ―Ｓｎを含む複合成分、Ｓｎ―Ｓｂを含む複合成分、Ｓｎ―Ｃｕを含む複合成分、Ｓｎ―Ａｇを含む複合成分、などの低融点金属が挙げられる。これらの金属粒子２は、固定子コイルの製造工程における一般的な含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度（１００～１９０℃）よりも高い２００℃以上に加熱することで溶融する（２００℃以上の溶融点を有する）ことを特徴とする。

　溶融点は、常温から金属を加熱したときに金属が固相から液相に相変態する温度で、二元系または三元系合金状態図を用いて推定することができ、その固相線を金属の溶融点として定義する。

　Ｐｂ―Ｓｎを含む複合成分からなる金属粒子２の場合、その組成は、Ｐｂを０ｍａｓｓ％以上（Ｓｎ単体の場合も含む）、２．５ｍａｓｓ％以下の範囲、７５ｍａｓｓ％以上、１００ｍａｓｓ％以下（Ｐｂ単体の場合も含む）の範囲で含むことがより望ましい。２．５ｍａｓｓ％以上、７５ｍａｓｓ％未満では、種々の添加元素を加えた場合においても溶融点が２００℃を下回るため、含侵処理工程において金属粒子２が電気絶縁ワニス中に異物として混入し、固定子コイル６の所望の電気絶縁特性が得られない。

　Ｓｎ―Ｃｕを含む複合成分からなる金属粒子２の場合、その組成は、Ｓｎを２５ｍａｓｓ％以上、１００ｍａｓｓ％以下（Ｓｎ単体の場合も含む）の範囲で含むことが望ましい。Ｓｎ―Ａｇを含む複合成分からなる金属粒子の場合、その組成は、Ｓｎを１５ｍａｓｓ％以上、１００ｍａｓｓ％以下（Ｓｎ単体の場合も含む）の範囲で含むことが望ましい。上記した範囲外では、種々の添加元素を加えた場合においても溶融点が７００℃を上回るため、放電時の溶融作用が発現せず、後述する所望の耐オゾン性の向上効果が得られない。

　金属粒子２は、単独あるいは他の導電性粒子を含めた２種類以上の混合物として使用することができる。導電性粒子は、導電性を有する粒子であれば適宜に使用可能であり、その種類は特に限定されるものではないが、例えば、カーボンブラック、グラファイト、導電性ダイヤモンド、カーボンファイバー、カーボンナノチューブなどの導電性炭素物質、または酸化インジウム、酸化カドミウム、四酸化三鉄、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、金属などが用いられる。

　金属粒子２には、含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高く、繊維状絶縁基材４の軟化点よりも低い温度範囲に溶融点を有する低融点金属粒子を用いる。このような、溶融温度範囲の金属粒子２を熱硬化性樹脂３中に分散させた場合でも、ボイドを起点に部分放電が発生すると、部分放電の劣化作用（オゾンおよび原子状酸素の酸化作用）により、熱硬化性樹脂３が低揮発性の生成物に酸化分解される。しかし、部分放電に起因する局所的な温度上昇によって、ボイド付近に存在する金属粒子２が溶融して、ボイド内表面に沿って濡れ広がり、近傍の金属粒子２の溶融体同士が結合することで、ボイド内表面を金属粒子が被覆する。このため、ボイド内表面に被覆した金属粒子が防護層として機能することで、ボイド周辺の熱硬化樹脂３の熱分解を抑制するとともに耐コロナ性を発揮できる。

　ここで、金属粒子の代わりに、例えば、特許文献１で示される耐コロナ性を有する無機粒子を用いる場合、物理的なバリア効果により初期の耐コロナ性向上が期待できる。しかし、劣化進展の先端を無機粒子が濃化して完全に被覆しない限り、無機粒子間に存在する樹脂および高分子重合体はオゾンの酸化作用によって酸化分解するため、初期の耐コロナ性を長期的に維持することは困難である。また、電気絶縁性を有する無機粒子を半導電性樹脂層に添加するため、半導電性テープの初期抵抗値が低下する。

　しかし、本願のように部分放電に起因する局所的な温度上昇によって溶融・変形・結合する金属粒子２を用いることで、熱硬化性樹脂３の耐コロナ性向上を図ることができる。このため、長期にわたって安定した耐コロナ性を発揮できるとともに、半導電性テープ１の初期抵抗値を維持することができる。

　金属粒子２の平均粒径は、メジアン径（５０％径、Ｄ５０）で１ｎｍ以上、１０μｍ以下が望ましく、１０ｎｍ以上、１μｍ以下がより望ましい。上記範囲を規定した際の平均粒径の測定方法には、例えば、レーザー回折散乱法粒度分布装置（マイクロトラック（登録商標）ＭＴ３３００）などが挙げられる。なお、金属粒子２の平均粒径が、１ｎｍよりも小さくなると、部分放電によって局所的に温度が上昇する際に溶融する体積が小さくなり、上記した所望の耐オゾン性を発揮できない。一方、金属粒子２の平均粒径が、１０μｍよりも大きくなると、粒子間距離は比例して大きくなり、放電で発熱する際に近傍粒子と連結することが困難になり、上記した所望の耐コロナ性を発揮できない。

　金属粒子２は熱硬化性樹脂３中に分散して存在し、その際の金属粒子２の配合量は、熱硬化性樹脂３に対して１～５０ｖоｌ％の範囲であることが望ましい。金属粒子２の配合量が熱硬化性樹脂３に対して１ｖоｌ％未満であると、所望の耐コロナ性を発揮できない。一方、金属粒子２の配合量が熱硬化性樹脂３に対して５０ｖоｌ％を超えると、熱硬化性樹脂３の粘度が上がって、金属粒子２を均一に分散することが困難になるとともに、また、熱硬化性樹脂３がもろくなって、テープとして使用することも困難になる。

　なお、主絶縁層８と半導電性層９と界面に存在するボイドを起点に部分放電が発生するためには、金属粒子２は半導電性テープ１の片側表面近傍に局所的に偏在し、金属粒子２同士の平均粒子間距離は１μｍ未満とすることが望ましい。金属粒子２の平均粒子間距離が１μｍを超えると、放電で発熱する際に近傍粒子と連結することが困難になり、上記した所望の耐コロナ性を発揮できない。

　また、金属粒子２は、熱硬化性樹脂３との密着性を改善する、もしくは熱硬化性樹脂３中での分散性を改善するなどの目的で、その表面をカップリング剤もしくは表面処理剤で改質またはコーティングして使用してもよい。このようなカップリング剤には、例えば、γ －グリシドオキシ－プロピルトリメトキシシラン、γ －アミノプロピル－トリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３－メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、３－グリシジルオキシプロピル－トリメトキシシランなどのシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などが挙げられる。また、表面処理剤には、ラウリン酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸鉄アルミナ、シリカ、ジルコニア、シリコーンなどが挙げられる。これらのカップリング剤または表面処理剤は、単独もしくは２種類以上の混合物として使用することができる。

　＜熱硬化性樹脂＞
　熱硬化性樹脂３としては、繊維状絶縁基材４に塗布後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂であれば適宜に使用可能であり、その種類は特に限定されるものではない。このような性質を有する熱硬化性樹脂３には、例えば、フェノール樹脂、イミド樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。

　＜繊維状絶縁基材＞
　繊維状絶縁基材４としては、絶縁性を有し熱硬化性樹脂を塗布できるものであれば適宜に使用可能であり、その種類は特に限定されるものではない。このような性質を有する繊維状絶縁基材４には、例えば、ガラスクロス（軟化点９５０℃）、ポリエステルクロス（軟化点２４０℃）、テトロンクロス（軟化点２６０℃）、マイカシート（軟化点７５０℃）などが挙げられる。

　なお、本実施の形態１に係る半導電性テープ１の構成材料として、上述した成分に加え、本願の効果を阻害しない範囲で、添加剤を必要に応じて配合してもよい。半導電性テープ１の材料として配合する他の添加剤には、反応性希釈剤、トルエン、キシレンなどの粘度調節剤、硬化促進剤、タレ止剤、沈降防止剤、消泡剤、レベリング剤、スリップ剤、分散剤基材湿潤剤などが挙げられる。

　次に、本実施の形態１に係る半導電性テープ１の製造方法を、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態１に係る半導電性テープ１の製造方法での製造工程を示すフローチャート図である。

まず、熱硬化性樹脂３と金属粒子２を混練する（ステップＳ５０１）。金属粒子３の熱硬化性樹脂３中への混練工程は、剪断力を加えて行う剪断混合を適用することが望ましい。剪断力を加えることで、金属粒子３を熱硬化性樹脂３中に均一分散させることが可能である。

　剪断混合を行う混合装置としては、剪断力を加えながら混合可能な装置であれば、適宜に使用可能でその種類は特に限定されるものではない。具体例としては、ビーズミル混合機、３本ロールミル混合機、ホモジナイザー混合機、ラボプラストミル混合機などが挙げられる。

　次いで、熱硬化性樹脂３と金属粒子２の混合物に、硬化剤を添加して混合する（ステップＳ５０２）。混合後、繊維状絶縁基材４に塗布し（ステップＳ５０３）、加熱硬化する（ステップＳ５０４）ことで目的とする半導電性テープ１を得ることができる。

　なお、上記した半導電性テープ１の製造工程において、上記したカップリング剤または表面処理剤は必要に応じて適宜に添加、混合される。金属粒子２の表面をカップリング剤または表面処理剤で改質することにより、熱硬化性樹脂３と金属粒子２との界面を強固に密着させることができる。さらに、金属粒子２としてＰｂ―Ｓｎを含む複合成分を用いた場合、その界面に介在する有機化合物によりエポキシ樹脂に対する親和性が付与され、熱硬化性樹脂３中に金属粒子２を均一に分散させることが可能となる。

　以上のように、本実施の形態１に係る半導電性テープ１によれば、金属粒子２が分散混入された半導電性樹脂層１４ａ、１４ｂが繊維状絶縁基材４に配置された半導電性テープ１であって、金属粒子２は、含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高く、繊維状絶縁基材４の軟化点よりも低い溶融点を有するようにしたので、また、本実施の形態１に係る固定子コイル６によれば、素線導体を束ねた導体部７、導体部７の外周にマイカテープを巻回してなる主絶縁層８および主絶縁層８の外周に上記の半導電性テープ１を巻回してなる半導電性層９とから形成された巻線と、巻線に含侵された熱硬化性樹脂とを有するようにしたので、さらに、本実施の形態１に係る回転電機によれば、上記固定子コイルを備えるようにしたので、回転電機の運転時の発熱および放電などの影響により、熱硬化性樹脂が消耗し半導電性が損なわれてしまうことなどを抑制できる。また、鉄心と主絶縁材間の微小空間発生するコロナ放電を効果的且つ長期的に抑制することができ、長期にわたって高い信頼性を有する半導電性テープ、固定子コイルおよび回転電機を提供できる。要するに、金属粒子がボイド内部の部分放電で生成するオゾンおよび原子状酸素などの活性化ガスに対する耐性を発現して、熱硬化性樹脂の経時的な劣化を抑制するので、長期にわたって安定した耐コロナ性が発揮される。

　以下、実施例および比較例により本願の詳細を説明するが、これらによって本願が限定されるものではない。
〔実施例１〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が２００℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ２．５－Ｓｎ９７．５、三井金属社製）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例２〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が３００℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ９５－Ｓｎ５、三井金属社製）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例３〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が６００℃であるＳｎ―Ｃｕ（Ｓｎ４０－Ｃｕ６０）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例４〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が７００℃であるＳｎ―Ｃｕ（Ｓｎ２５－Ｃｕ７５）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例５〕
　シリコーン樹脂（信越シリコーン社製）に、溶融点が２００℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ２．５－Ｓｎ９７．５、三井金属社製）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例６〕
　不飽和ポリエステル樹脂（昭和電工社製）に、溶融点が２００℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ２．５－Ｓｎ９７．５、三井金属社製）系の金属粒子および硬化剤（有機過酸化物、三菱ケミカル社製）を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔実施例７〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が２００℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ２．５－Ｓｎ９７．５、三井金属社製）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるポリエステルクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープ１を作製した。

〔比較例１〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、導電性粒子としてカーボンブラック（デンカ社製）を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープを作製した。

〔比較例２〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が１９０℃であるＰｂ―Ｓｎ（Ｐｂ５－Ｓｎ９５、三井金属社製）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープを作製した。

〔比較例３〕
　エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製）に、溶融点が７１０℃であるＳｎ－Ｃｕ（Ｓｎ２０－Ｃｕ８０）系の金属粒子を、混合装置（超音波ホモジナイザー、日本アレックス製）を用いて剪断力を加えながら混合した。硬化後に柔軟性を付与できる硬化剤（変性脂環族アミン、三菱ケミカル社製）を添加、混合した。その後、繊維状絶縁基材であるガラスクロスに塗布し、加熱乾燥して半導電性テープを作製した。

　ここで、実施例１～７および比較例１～３の半導電性テープに使用した配合物を表１に示す。

　実施例１～７半導電性テープ１について、耐コロナ性を評価するために図６に示す評価装置１０を使用して放電試験を実施した。評価装置１０のアース電極１１ａとアース電極１１ｂ間に、半導電性テープ１を設置し、放電開始前のＡ－Ｂ間における表面抵抗値を測定した。次に、半導電性テープ１の表面から１ｍｍの間隙を設け、絶縁物１３を介して電極１２を固定した。アース電極１１ａおよびアース電極１１ｂと電極１２との間に５．０ｋＶの電圧を印加して、半導電性テープ１と電極１２の間隙で部分放電Ｄを発生させた。この後、放電開始から２００時間経過後のＡ－Ｂ間における表面抵抗値を測定した。そして、同様の手順で、比較例１～３の半導電性テープについても放電試験を実施し、Ａ－Ｂ間における表面抵抗値を測定した。

　実施例１～７および比較例１～３の半導電性テープにおける放電試験前後のＡ－Ｂ間における表面抵抗値を、表２に示す。

　表２における放電試験後の表面抵抗値が示すように、実施例１～７の半導電性テープ１は、比較例１、３の半導電性テープと比較して、部分放電による表面抵抗値の上昇が抑制されている。なお、比較例２の半導電性テープは、加熱乾燥工程で金属粒子が溶融して連結し、A―Ｂ間における表面抵抗値が適正範囲以下となった。半導電性テープの表面抵抗値が低く、実機運転時に半導電性層内で渦電流が発生する可能性があるため好ましくない。

　実施例１と比較例１とを比較する。実施例１の半導電性テープ１では、溶融点２００℃である金属粒子がエポキシ樹脂中に分散されている。一方、比較例１では、金属粒子の代わりに導電性粒子としてカーボンブラックがエポキシ樹脂に充填されている。表２の放電後の表面抵抗値が示すように、実施例１では、エポキシ樹脂中で分散している金属粒子が部分放電による局所的な温度上昇によって溶融し、コロナ耐性を発現し、エポキシ樹脂の消耗が抑制されるため、表面抵抗値の上昇が小さくなっている。しかしながら、比較例１では、カーボンブラックおよび熱硬化性樹脂が放電で生成するオゾンの酸化作用により消耗してしまうため、表面抵抗値が大きくなり半導電性テープとしての特性が失われている。

　実施例１と比較例２とを比較する。実施例１の半導電性テープでは、溶融点が２００℃であるＰｂ２．５―Ｓｎ９７．５の金属粒子を熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂中に添加することで、実施例１の抵抗値の上昇は小さく抑えられている。エポキシ樹脂中で分散している金属粒子が部分放電による局所的な温度上昇によって溶融し、コロナ耐性を発現し、エポキシ樹脂の消耗が抑制されるため、抵抗値の上昇が小さくなっている。しかしながら、比較例２では、Ｐｂ５―Ｓｎ９５の金属粒子の溶融点が１９０℃であり、半導電性テープ製造工程における加熱乾燥温度（１００～１９０℃）の範囲内であるため、金属粒子が溶融して連結し、表面抵抗値が適正範囲以下となった。実機運転時に半導電性層内で渦電流が発生する可能性があるため固定子コイルの所望の電気特性が得られない。また、固定子コイル製造工程における一般的な含侵処理をする熱硬化性樹脂の硬化温度（１００～１９０℃）の範囲内であるため、含侵処理工程において金属粒子が電気絶縁ワニス中に異物として混入し、固定子コイルの所望の電気絶縁特性が得られない。

　実施例４と比較例３とを比較する。実施例４および比較例３のいずれの半導電性テープにも、Ｓｎ―Ｃｕ系金属粒子が熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂中に充填されている。実施例４では、の表面抵抗値の上昇は小さく抑えられているが、比較例３の表面抵抗値は大きく上昇している。実施例４では、溶融点が７００℃であるＳｎ２５―Ｃｕ７５の金属粒子をエポキシ樹脂中に分散しており、金属粒子が部分放電による局所的な温度上昇によって溶融し、コロナ耐性を発現し、エポキシ樹脂の消耗が抑制されるため、表面抵抗値の上昇が小さくなっている。しかしながら、比較例３では、溶融点が７１０℃であるＳｎ２０―Ｃｕ８０の金属粒子が部分放電による温度上昇では溶融しないためにコロナ耐性が発現されず、熱硬化性樹脂が放電で生成するオゾンの酸化作用により消耗してしまうため、表面抵抗値が大きくなり半導電性テープとしての特性が失われている。

　本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１　半導電性テープ（半導電性部材）、２　金属粒子、４　繊維状絶縁基材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ　半導電性樹脂層。

Claims

　金属粒子が分散混入された半導電性樹脂層が繊維状絶縁基材に配置された半導電性部材であって、
　前記金属粒子は、熱硬化性樹脂が硬化する温度よりも高く、前記繊維状絶縁基材の軟化点よりも低い溶融点を有することを特徴とする半導電性部材。
　前記金属粒子は、２００℃以上、７００℃以下の溶融点を有することを特徴とする請求項１に記載の半導電性部材。
　前記金属粒子は、Ｐｂ―Ｓｎを含む複合成分、Ｓｎ―Ｓｂを含む複合成分、Ｓｎ―Ｃｕを含む複合成分、またはＳｎ―Aｇを含む複合成分で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導電性部材。
　前記金属粒子は、配合量が前記半導電性樹脂層の樹脂部に対して１ｖoｌ％以上、５０ｖоｌ％以下の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導電性部材。
　前記金属粒子は、平均粒径が１ｎｍ以上、１０μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導電性部材。
　前記金属粒子は、前記半導電性樹脂層の樹脂部との界面にカップリング剤または表面処理剤を介在させたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導電性部材。
　素線導体を束ねた導体部、前記導体部の外周にマイカ部材を巻回してなる絶縁層および前記絶縁層の外周に請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導電性部材を巻回してなる半導電性層とから形成された巻線と、前記巻線に含侵させた前記熱硬化性樹脂とを有することを特徴とする固定子コイル。
　前記半導電性層は、前記絶縁層との界面に接する半導電性部材において前記絶縁層との界面側に前記金属粒子が偏在していることを特徴とする請求項７に記載の固定子コイル。
　前記半導電性層は、前記偏在している金属粒子以外の金属粒子の代わりに、導電性粒子を用いることを特徴とする請求項８に記載の固定子コイル。
　請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の固定子コイルを備えることを特徴とする回転電機。